直接打印到文本视频内存时出现意外输出

Question

我正在用 C 开发一个内核，并创建了一些东西来打印在视频内存的屏幕上。 我希望视频内存中的第一个字节是要打印的字符，第二个字节告诉颜色。 但我的程序有一些不同的东西，但它有效！！ 这是非常出乎意料和不寻常的。

我的内核代码 -

#define VIDEO_MEM 0xb8000

void write_string( int colour, const unsigned char *string );

void main()
{
    unsigned char *vid = (unsigned char*) VIDEO_MEM;
    int i=0;
    for (i = 0; i < 2000; i++)
    {
        *vid = ' ';
        *(vid+2) = 0x1f;
        vid += 2;
    }
    write_string(0x1f,"The Kernel has been loaded successfully!!");
}

void write_string( int colour, const unsigned char *string ) {
    unsigned char *vid = (unsigned char*) VIDEO_MEM;
    while(*string != 0)
    {
        *(vid) = *string;
        *(vid+2) = colour;
        ++string;
        vid+=2;
    }
}

它在*vid上打印字符，在*(vid+2)上打印颜色，然后将vid增加 2。然后应该替换并打印*(vid+2)上的下一个字符。 所以，颜色应该消失，但它仍然有效。

此外，颜色应该在*(vid+1)

当我使用*(vid+1)而不是*(vid+2)打印字符串时，屏幕显示向下箭头字符（ACII 代码为0x1f ，我想作为颜色）替换整个字符串。

为什么代码表现得如此异常？？

任何人都可以帮忙吗？

编辑

我已经编辑了我的代码，现在它打印字符串。 但另一个问题出现了。 我添加了对特定行号打印的支持。 但是现在这会将字符串向后移动一个字符。

void write_string( int colour, const unsigned char *string, int pos ) {
    unsigned char *vid = (unsigned char*) VIDEO_MEM;
    vid+=pos*160;
    while(*string != 0)
    {
        *vid = colour;
        *(vid+1) = *string;
        ++string;
        vid+=2;
    }

}

所以，如果我告诉它在第 10 行打印，它会在第 9 行的最后一个字符上打印第一个字符，然后继续。

我还有一个字符打印函数，它只打印花括号 ( } ) 而不是给定的字符，并且在给定位置的后面也打印一个字符（如write_string函数中的错误）。 它也不会改变作为参数给出的字符背景颜色。

void putChar(char character, short col, short row, char attr) {
    unsigned char* vid_mem = (unsigned char *) VIDEO_MEM;
    int offset = (row*80 + col)*2;
    vid_mem += offset;
    if(!attr) {
        attr = 0x0f;
    }
    *vid_mem = (attr<<8)+character;
}

---

编辑 2

我的引导加载程序：

[org 0x7c00]

KERNEL equ 0x1000

mov [BOOT_DRIVE],dl

mov bp,0x9000
mov sp,bp

mov bx, msgReal
call print_string

call load_kernel

call switch_to_pm

jmp $

%include 'boot/bios.ASM'

%include 'boot/gdt.ASM'
%include 'boot/protected_mode.ASM'
%include 'boot/print32.ASM'

[bits 16]
load_kernel:
    mov bx,msgKernel
    call print_string

    mov bx, KERNEL
    mov dh, 15
    mov dl, [BOOT_DRIVE]
    call disk_load
    ret

[bits 32]

BEGIN_PM:
    mov ebx, msgProt
    call print_string32
    call KERNEL
    jmp $

BOOT_DRIVE db 0
msgReal db "Booted in 16-bit mode",0
msgProt db "Successfully switched to 32-bit mode",0
msgKernel db "Loading the kernel onto memory",0

times 510-($-$$) db 0
dw 0xaa55

bios.ASM -

;BIOS Functions
[bits 16]

print_string:
    pusha
    mov cx,bx
    mov ah,0x0e
    printStringStart:
    mov al,[bx]
    cmp al,0
    je done
    int 0x10
    inc bx
    jmp printStringStart
    done:
    popa
    ret

print_word:
    pusha
    mov ax,0x0000
    mov cl,0x10
    mov al,bh
    div cl
    call printDig
    mov al,bh
    and al,0x0f
    call printDig
    mov ax,0x0000
    mov al,bl
    div cl
    call printDig
    mov al,bl
    and al,0x0f
    call printDig
    popa
    ret

printDig:
    cmp al,0x9
    jg alpha
    add al,'0'
    mov ah,0x0e
    int 0x10
    jmp pDigDone
    alpha:
    sub al,0xa
    add al,'A'
    mov ah,0x0e
    int 0x10
    pDigDone:
    ret

hex_prefix: db '0x',0

disk_load:
    push dx
    mov ah,0x02
    mov al,dh
    mov ch,0x00
    mov dh,0x00
    mov cl,0x02
    int 0x13
    jc disk_error
    pop dx
    cmp dh,al
    jne disk_error
    ret

disk_error:
    mov ah,0x0e
    mov al,'X'
    int 0x10
    mov bx,errMsg
    call print_string
    jmp $

errMsg:
    db "Disk Read Error....."
    times 80-20 db " "
    db 0

gdt.ASM -

gdt_start:
gdt_null:
    dd 0x0
    dd 0x0

gdt_code:
    dw 0xffff
    dw 0x0
    db 0x0
    db 10011010b
    db 11001111b
    db 0x0

gdt_data:
    dw 0xffff
    dw 0x0
    db 0x0
    db 10010010b
    db 11001111b
    db 0x0
gdt_end:

gdt_descriptor:
    dw gdt_end - gdt_start - 1
    dd gdt_start

CODE_SEG equ gdt_code - gdt_start
DATA_SEG equ gdt_data - gdt_start

protected_mode.ASM -

[bits 16]
switch_to_pm:
    cli
    lgdt [gdt_descriptor]
    mov eax, cr0
    or eax, 0x1
    mov cr0, eax
    jmp CODE_SEG:init_pm

[bits 32]
init_pm:
    mov ax, DATA_SEG
    mov ds, ax
    mov ss, ax
    mov es, ax
    mov fs, ax
    mov gs, ax

    mov ebp,0x90000
    mov esp,0x90000

    call BEGIN_PM

打印32.ASM -

[bits 32]

VIDEO_MEM equ 0xb8000
DEF_COLOR equ 0x0f

print_string32:
    pusha
    mov edx,VIDEO_MEM

print_string32_loop:
    mov al, [ebx]
    mov ah, DEF_COLOR

    cmp al,0
    je print_string32_end

    mov [edx],ax

    inc ebx
    add edx,2
    jmp print_string32_loop

print_string32_end:
    popa
    ret

我还在内核之前添加了一个 kernel_start.asm 文件，同时链接到调用主函数 -

[bits 32]
[extern main]
call main
jmp $

这是我的制作文件 -

C_SOURCES = $(wildcard drivers/*.c kernel/*.c)
HEADERS = $(wildcard kernel/*.h drivers/*.h)

OBJ = ${C_SOURCES:.c=.o}

all: os-image

os-image: boot/boot_sector.bin kernel.bin
    cat $^ > $@

kernel.bin: kernel/kernel_start.o ${OBJ}
    ld -o $@ -Ttext 0x1000 $^ --oformat binary

%.o : %.c
    gcc -std=c99 -Wall -pedantic -ffreestanding -c $< -o $@

%.o : %.asm
    nasm $< -f elf64 -o $@

%.bin : %.asm 
    nasm $< -f bin -o $@

clean:
    rm -fr kernel/*.o
    rm -fr drivers/*.o   
    rm -fr boot/*.bin
    rm -fr os-image *.bin *.o

Answer 1

根据其他答案和评论中建议的更改，您的问题对我来说似乎无法重现。 以下代码对我有用。 我试图保持您的编码方式，以便对您有意义：

#define VIDEO_MEM 0xb8000

void write_string( unsigned char colour, const char *string );
void write_string_line( unsigned char colour, const char *string, int pos );
void putChar(char character, short col, short row, unsigned char attr);

/* Place this at top of file as first code in kernel.o */
__asm__ ("call main\r\n" \
         "cli\r\n" \
         "hlt\r\n"
         );

void main()
{
    volatile unsigned char *vid = (unsigned char*) VIDEO_MEM;
    int i=0;
    for (i = 0; i < 2000; i++)
    {
        *vid = ' ';
        *(vid+1) = 0x1f;
        vid += 2;
    }
    write_string(0x1f,"The Kernel has been loaded successfully!!");
    write_string_line(0x1f,"Testing Here!!",1);
    putChar('Z',3,3,0xf3);
}

void write_string( unsigned char colour, const char *string ) {
    volatile unsigned char *vid = (unsigned char*) VIDEO_MEM;
    while(*string != 0)
    {
        *(vid) = *string;
        *(vid+1) = colour;
        ++string;
        vid+=2;
    }
}

void write_string_line( unsigned char colour, const char *string, int pos ) {
    volatile unsigned char *vid = (unsigned char*) VIDEO_MEM;
    vid+=pos*160;
    while(*string != 0)
    {
        *vid = *string;
        *(vid+1) = colour;
        ++string;
        vid+=2;
    }

}

void putChar(char character, short col, short row, unsigned char attr) {
    volatile unsigned char* vid_mem = (unsigned char *) VIDEO_MEM;
    int offset = (row*80 + col)*2;
    vid_mem += offset;
    if(!attr) {
        attr = 0x0f;
    }
    *(unsigned short int *)vid_mem = (attr<<8)+character;
    /* This would do the same as line above
    *vid_mem     = character;
    *(vid_mem+1) = attr;
    */
}

我在开头添加了__asm__以确保代码首先出现在生成的目标文件中。 没有它它可能会工作。 我已将您所有的*vid指针修改为volatile 。 由于视频是内存映射 IO，您不希望编译器在优化时可能删除屏幕写入。 很可能您的代码在没有volatile情况下也能工作，但在此处添加它以避免潜在问题是正确的。

运行BOCHS 时，此代码会生成此屏幕输出：

如果您使用此处提供的代码但它不起作用，则表明您遇到的问题可能与您在引导加载程序中编写的读取磁盘、启用 A20、设置 GDT、进入保护模式以及然后调用您的C代码。 根据您编译和链接内核的方式，也可能出现问题。

---

未定义行为的可能原因

在EDIT 2 中提供了所有代码和 make 文件之后，很明显一个重要问题是大部分代码被编译并链接到 64 位对象和可执行文件。 该代码在 32 位保护模式下不起作用。

在 make 文件中进行这些调整：

• 使用GCC编译时需要添加-m32选项
• 使用GNU Assembler ( as )组装32 位对象时，您需要使用--32
• 与LD链接时，您需要添加-melf_i386选项
• 使用NASM组装 32 位对象时，您需要将-f elf64更改为-f elf32

使用来自主机环境的 64 位编译器和工具链的更好选择是为 i686 或 i386创建交叉编译器工具链。

Answer 2

这应该有效。 每个 VGA 单元有 2 个字节长，第一个字节存储字符，而第二个字节存储颜色。 还要确保将指针标记为 volatile。 避免编译器对该本地字段进行任何类型的意外更改（或优化）。

void write_string( int colour, const unsigned char *string )
{
    volatile unsigned char *vid = (unsigned char*) VIDEO_MEM;
    while( *string != 0 )
    {
        *vid++ = *string++;
        *vid++ = colour;
    }
}

Answer 3

您使用 *(vid) 作为颜色的第一个视频字符